导体载流容量额定值是基于可能产生火灾危险的电流对电阻的粗略评估。然而,我们可能会遇到由导线产生的电压降电阻在电路中提出了除防火以外的其他问题。例如,我们可能正在设计一个电路,其中元件之间的电压是关键的,并且不能低于一定的限制。如果是这种情况,导线电阻造成的电压下降可能会在安全(防火)的容量范围内引起工程问题:
如果上述电路中的负载不容忍小于220伏,则给定230伏的源电压,然后我们最好确保接线沿途不超过10伏。计算该电路的供应和返回导体,这叶沿每根线的长度留下最大的5伏的最大可容忍5伏。使用欧姆的法律(R=E/I),则可确定每根导线的最大允许电阻为:
我们知道电线长度为2300英尺,但我们如何确定电线特定尺寸和长度的电阻量?为此,我们需要另一个公式:
该公式涉及导体具有其特定电阻的电阻(希腊字母“Rho”(ρ),其看起来类似于小写字母“P”),其长度(“L”)及其横截面区域(“A”)。请注意,在分数顶部的长度变量时,随着长度的增加(类比:通过长管子迫使液体更难以施加液体,并且随着横截面积的增加而增加,并且随着横截面积的增加(类比:液体通过脂肪管更容易地流动,而不是通过瘦身))。特定电阻是所计算的导体材料类型的恒定。
几种导电材料的比电阻可以在下表中找到。我们发现铜在桌子的底部,比电阻低(导电性能好),仅次于银:
材料 | 元素/合金 | (ohm-cmil /英尺) | (microohm-cm) |
---|---|---|---|
尼丘姆 | 合金 | 675 | 112.2 |
Nichrome V. | 合金 | 650 | 108.1. |
锰 | 合金 | 290 | 48.21 |
康斯坦坦人 | 合金 | 272.97 | 45.38 |
钢* | 合金 | 100. | 16.62 |
铂 | 元素 | 63.16 | 10.5 |
铁 | 元素 | 57.81 | 9.61 |
镍 | 元素 | 41.69 | 6.93 |
锌 | 元素 | 35.49 | 5.90 |
钼 | 元素 | 32.12 | 5.34 |
钨 | 元素 | 31.76 | 5.28 |
铝 | 元素 | 15.94 | 2.650 |
金子 | 元素 | 13.32 | 2.214 |
铜 | 元素 | 10.09 | 1.678 |
银 | 元素 | 9.546 | 1.587 |
* = 99.5%铁,0.5%碳的合金钢
请注意,上表中电阻的数值是用一个非常奇怪的单位“欧姆斯-cmil/ft”(Ω-cmil/ft)给出的。这个单位指出了我们在电阻公式中应该使用的单位(R=ρl/A)。在这种情况下,当长度以英尺来测量,而横截面以密耳来测量时,要使用这些比电阻的数字。
单位为欧姆表(Ω-m)或欧姆厘米(Ω-cm),单位为1.66243 × 10-9Ω-meters / Ω-cmil/ft (1.66243 x 10-7Ω-cm / icω-cmil / ft)。在表的ω-cm列中,由于它们非常小的大小,实际上将图形实际上缩放为μΩ-cm。例如,铁被列为9.61μΩ-cm,可以表示为9.61 x 10-6Ω厘米。
当在R =ρL/ A公式中使用Ω仪表的特定电阻时,长度需要在米和平方米的区域。当在同一公式中使用ω-厘米(ω-cm)的单位时,长度需要处于厘米和平方厘米的区域。
所有这些单位的具体电阻适用于任何材料(Ω-cmil/ft, Ω-m,或Ω-cm)。然而,当处理圆线时,人们可能更喜欢使用Ω-cmil/ft,因为圆线的横截面积已经已知为圆形密耳。相反,当处理奇形异型母线或从金属材料中切割出来的定制母线时,只有长度、宽度和高度的线性尺寸是已知的,比电阻单位Ω-meter或Ω-cm可能更合适。
回到我们的示例电路,我们正在寻找在2300英尺的长度上电阻小于0.2 Ω的导线。假设我们要使用铜线(制造的最常见的电线类型),我们可以这样设置我们的公式:
对A进行代数求解,得到值为116035圆密耳。参考我们的实线尺寸表,我们发现“双应该”(2/0)线133,100 cmils是足够的,而下一个更小的尺寸,“单应该”(1/0),105,500 cmils太小了。请记住,我们的电路电流是25安培。根据我们自由空气中铜线的容量表,14号线就足够了不开始火是担心的)。但是,从电压降的角度来看,14根测量线将是非常不可接受的。
仅仅是为了好玩,让我们看看我们的电源电路的表现所能做些什么。看着我们的电线尺寸表,我们发现14条规格线具有4,107个圆形米尔的横截面积。如果我们仍然使用铜作为电线材料(一个不错的选择,除非我们真的丰富,可以负担4600英尺的14尺度银线!),然后我们的特定电阻仍将是10.09Ω-cmil / ft:
请记住,每2300英尺的14号铜线为5.651Ω,我们在整个电路中有两次2300英尺,所以每个电路中的导线片有5.651 Ω的电阻:
我们的总电路线电阻是2倍5.651,或11.301Ω。不幸的是,这是远阻力太大,允许25安培电流,源电压为230伏。即使我们的负载电阻为0Ω,我们的接线电阻为11.301Ω也会将电路电流限制为仅为20.352安培的电路!如您所见,“小”的导线电阻可以产生电路性能的大差异,尤其是电源电路,其中电流远高于在电子电路中遇到的电流。
让我们为一块定制剪辑母线进行一个例子抵抗问题。假设我们有一块固体铝棒,4厘米宽3厘米,长125厘米长,我们希望沿着长尺寸(125厘米)的端到端电阻。首先,我们需要确定栏的横截面积:
我们还需要知道铝的具体电阻,在单位适当的这一应用(Ω-cm)。从我们的具体电阻表中,我们看到这是2.65 × 10-6Ω厘米。建立R=ρl/A的公式,我们有:
如你所见,母线的厚度使得非常与标准导线尺寸相比,电阻较低,即使使用比电阻更大的材料。
确定母线电阻的步骤与确定圆线电阻无根本不同。我们只需要确保正确计算横截面积,并且所有单位都彼此相对应。
审查:
相关工作表: